Õsszel, amikor egyre kevesebb a napsütés és csökken a hõmérséklet, a fák felkészülnek a télre. A zöld levelek sárgára, vörösre változnak, majd lehullanak. A színváltozást a levelek pigmentjeinek változása idézi elõ.
A levelek zöld pigmentje a klorofill. A klorofill vörös és kék fényt nyel el a növényre esõ napfénybõl. A levelekrõl visszaverõdõ fényben kevesebb a vörös és a kék, így a leveleket zöldnek látjuk. A klorofill-molekula nagy (C55H70MgN4O6). Nem oldódik a növényi sejteket megtöltõ vizes oldatban, hanem a sejtekben található korongszerû kloroplasztok membránjaihoz kapcsolódik. A fotoszintézis, amelynek során a fényenergia kémiai energiává alakul át, a kloroplasztokban zajlik, ahol a klorofillban elnyelt fény szolgáltatja az energiát ahhoz, hogy a növény a szén-dioxidot és a vizet oxigénné és szénhidrátokká alakítsa át.
Ebben
az endoterm folyamatban alakul át a klorofill által elnyelt
fény energiája a szénhidrátokban (cukrokban
és keményítõkben) tárolt kémiai
energiává. A kémiai energia "hajtja" azokat a biokémiai
reakciókat, amelyek során a növények növekednek,
virágoznak és magot termelnek.
A klorofill az erõs napfény hatására elbomlik. Az elbomló klorofillt a növények folyamatosan pótolják. A klorofill elõállításához napfényre és melegre van szükség. Nyáron tehát a klorofill rendszeresen elbomlik és újratermelõdik a levelekben.
Sok növény leveleiben van egy másik pigment is, a karotin. Ez a vegyület a zöldeskék és a kék fényt nyeli el, ezért a karotinról visszavert fény sárgának látszik. A kloroplasztokban található karotin molekulája szintén nagy (C40H36). Ha egy levélben karotin és klorofill is van, a levél élénkzöldnek látszik. Az a fényenergia, amelyet a karotin nyel el, átkerül a klorofillhoz, amely ezt az energiát is a fotoszintézishez használja fel. A karotin kevésbé bomlékony vegyület, mint a klorofill, és még akkor is a levélben marad, ha a klorofill már eltûnt. Ilyenkor a levelet sárgának látjuk.
A levelekben olyan pigmentek is elõfordulhatnak, amelyek az antocianinok közé tartoznak. Az antocianinok kék, kékeszöld és zöld fényt nyelnek el. Ezért az antocianinokat tartalmazó levelek vörösnek látszanak. Ezek a vegyületek – a klorofillal és a karotinnal ellentétben – feloldódnak a sejtnedvekben. Az általuk elõállított szín nagyon érzékeny a pH-ra. Ha a sejtnedv kellõen savas, a pigmentek élénkvörös színt idéznek elõ, ha kevéssé savas, a szín inkább lilás. Az érett alma piros és a szõlõ lilás színe az antocianinoknak köszönhetõ. Az antocianinok a sejtekben található cukrok és bizonyos fehérjemolekulák közötti reakció termékei. Ez a reakció nem zajlik le addig, amíg a sejtnedv cukorkoncentrációja nem elég nagy. A reakcióhoz fény is szükséges. Ezért fordul elõ gyakran, hogy az alma egyik fele piros, a másik, árnyékban növekvõ fele sárga.
Nyáron a víz és a tápanyagok a gyökerekbõl
az ágakba és a levelekbe áramlanak. A fotoszintézis
során keletkezõ cukrok a levelekbõl a fa más
részeihez vándorolnak, ahol a kémiai energia egy része
felhasználódik, a többi raktározódik.
A rövidülõ nappal és a hûvös éjszakák
nyomán bekövetkezõ változások egyike,
hogy az ág és a levél szára között
parafaszerû membrán képzõdik. Ez a membrán
gátolja, hogy a tápanyagok a levélbe jussanak. Ezért
abbamarad a klorofill-termelés, és a levelek zöld színe
elhalványul. Ha a levél karotint is tartalmaz, mint például
a nyírfa levele, a színe sárgára vált.
Azokban a falevelekben, amelyekben sok a cukor, antocianinok képzõdnek,
mit például a vadszõlõben: ezek festik pirosra
a leveleket.